(57)【要約】金属押出材およびノードベースの構造体が提供される。この構造体は、１つ以上のノード部材によって連結された１つ以上のアーク部材を備え、このアークは、（ｉ）１つ以上の非構造的構成部と結合するように構成された翼形体と、（ｉｉ）対応するノード部材の連結形体の中に挿入されるように構成された内部流路形体と、（ｉｉｉ）対応するノード部材との結合接合面から形成された１つ以上の鍵識別形体とを備える。【選択図】図１４Ｂ
2019527138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１構造体および第２構造体を含む金属押出材を備える構造体であって、前記金属押出材は或る長さを有し、
前記第１構造体は、前記金属押出材の前記長さに沿って狭長なキャビティを含み、
前記第２構造体は、前記金属押出材の前記長さに沿って狭長な表面を含み、前記狭長表面は前記第１構造体から離して配置され、前記第１構造体の少なくとも一部にオーバーラップしており、前記第１構造体および第２構造体は前記金属押出材の前記長さに沿って連結されている、
構造体。
【請求項２】
前記狭長キャビティは、第１長手方向縁部および第２長手方向縁部を含み、前記第１長手方向縁部および第２長手方向縁部は前記狭長キャビティの壁内に開口を画定し、前記開口は前記狭長キャビティの長さに沿って延び、前記金属押出材は、
前記第１長手方向縁部および第２長手方向縁部を前記第２構造体に連結する支持構造体、
をさらに含む、請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記狭長キャビティは円筒状管を含む、請求項２に記載の構造体。
【請求項４】
前記第２構造体はプレートであり、前記プレートは前記支持構造体に直接連結される、請求項２に記載の構造体。
【請求項５】
前記支持構造体の変形が屈曲からもたらされる押出し構造体内の機械的応力を解放するように、前記支持構造体は、少なくとも前記第１構造体または前記第２構造体の屈曲に応じて変形するように構成される、請求項２に記載の構造体。
【請求項６】
前記狭長キャビティの断面の形状は、前記狭長キャビティが前記狭長キャビティの長さに沿って延びる第１長手方向縁部および第２長手方向縁部を有するように、凹形状を含み、前記第１縁部および第２縁部は前記第２構造体に連結される、請求項１に記載の構造体。
【請求項７】
前記第２構造体はプレートであり、前記プレートは前記狭長キャビティの前記第１縁部および第２縁部に直接連結される、請求項６に記載の構造体。
【請求項８】
少なくとも前記第１構造体または前記第２構造体は、前記金属押出材の長さに沿った第１位置における前記金属押出材の第１断面の形状が前記金属押出材の前記長さに沿った第２位置における前記金属押出材の第２断面の形状とは異なるように、変形される、請求項１に記載の構造体。
【請求項９】
前記第１構造体は第１方向に変形され、前記第２構造体は前記第１方向とは異なる第２方向に変形される、請求項１に記載の構造体。
【請求項１０】
前記第１方向は、前記金属押出材の前記長さを横断する方向であり、前記第２方向は、前記狭長キャビティの長さに平行な方向のまわりの回転の方向である、請求項９に記載の構造体。
【請求項１１】
第１構造体および第２構造体を含む金属押出材を備える車両（乗り物）であって、前記金属押出材は或る長さを有し、
前記第１構造体は、前記金属押出材の前記長さに沿って狭長なキャビティを含み、
前記第２構造体は、前記金属押出材の前記長さに沿って狭長な表面を含み、前記狭長表面は前記第１構造体から離して配置され、前記第１構造体の少なくとも一部にオーバーラップしており、前記第１および第２構造体は前記金属押出材の前記長さに沿って連結されており、
車両のＡ表面が前記狭長表面の少なくとも一部を含む、
車両。
【請求項１２】
ドアフレームをさらに備え、前記ドアフレームは前記Ａ表面を含む、
請求項１１に記載の車両。
【請求項１３】
構造体を製作する方法であって、
金属押出材を受容するステップであって、前記金属押出材は第１構造体および第２構造体を含み、前記金属押出材は或る長さを有し、前記第１構造体は、前記金属押出材の前記長さに沿って狭長なキャビティを含み、前記第２構造体は、前記金属押出材の前記長さに沿って狭長な表面を含み、前記狭長表面は前記第１構造体から離して配置され、前記第１構造体の少なくとも一部にオーバーラップしており、前記第１構造体および第２構造体は前記金属押出材の前記長さに沿って連結されている、ステップと、
前記第１構造体を第１方向に変形するステップと、
第２構造体を、前記第１方向とは異なる第２方向に変形するステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
前記第１構造体および第２構造体は、前記金属押出材の長さに沿った第１位置における前記金属押出材の第１断面の形状が前記金属押出材の前記長さに沿った第２位置における前記金属押出材の第２断面の形状とは異なるように、変形される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１方向は、前記金属押出材の前記長さを横断する方向であり、前記第２方向は、前記狭長キャビティの長さに平行な方向のまわりの回転の方向である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
金属押出材を変形するための金型であって、
前記金属押出材の第１部分を第１方向に変形する第１金型構成部と、
前記金属押出材の第２部分を前記第１方向とは異なる第２方向に変形する第２金型構成部と、
を備える、金型。
【請求項１７】
前記金属押出材は或る長さを有し、前記第１部分および第２部分は、前記金属押出材の前記長さに沿った第１位置における前記金属押出材の第１断面の形状が、前記金属押出材の前記長さに沿った第２位置における前記金属押出材の第２断面の形状とは異なるように、変形される、請求項１６に記載の金型。
【請求項１８】
前記金属押出材は或る長さを有し、前記第１部分は、前記金属押出材の前記長さに沿って狭長なキャビティを含み、前記第１方向は、前記金属押出材の前記長さを横断する方向であり、前記第２方向は、前記狭長キャビティの長さに平行な方向のまわりの回転の方向である、請求項１６に記載の金型。
【請求項１９】
前記第１金型構成部および前記第２金型構成部は、金型の断面の部分の形状を画定し、前記第１金型構成部および第２金型構成部による前記変形が前記金型の断面の部分の前記形状を変化させる、請求項１６に記載の金型。
【請求項２０】
前記第１金型構成部は第１層に配置され、前記第２金型構成部は、前記第１層と相重なる第２層に配置される、請求項１６に記載の金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年６月９日に出願された、アークおよびノードの設計ならびに製作のためのシステムおよび方法と題する、米国特許仮出願第６２／３４７，９５３号の利益を主張するものであり、該出願は、参照することによりその全体が本明細書に明示的に組み込まれる。
【０００２】
技術分野
本開示は、一般に構造体の設計および製作に関し、さらに具体的には、金属押出し材構造体の設計および製作に関する。
【背景技術】
【０００３】
三次元（３Ｄ）印刷された、または積層製作されたノード、および組立式成形アークは、自動車、構造的用途、海上輸送機などに用いることができる。３Ｄ印刷ノードは配管の連結に使用が可能であり、これらノードは、各管の交点での幾何学的および物理的要求事項に合わせて印刷することができる。組立式成形アークは、Ａ表面（これは、消費者に見える露出表面である）などの様々な構造面を相適応させ、構造荷重を支持するために用いることが可能である。アークおよびノード構造体は、例えば、車両（乗り物）のドアおよびウィンドウなど、非構造的構成部を接合する支持構造体として使用することができる。これらの構造体は、空気力学、スタイリング、視界、安全性などを含む、様々な目的を満たすように設計される必要があり得る。しかしながら、アーク、特にＡ表面を含むアーク、を作製するための従来の方法は、高額の設備および製造コストを発生させる可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
様々な態様において、或る装置、構造体は、第１構造体および第２構造体を含む金属押出材を包含することができ、この金属押出材は或る長さを有し、第１構造体は、金属押出材の長さに沿って狭長なキャビティを含み、第２構造体は、金属押出材の長さに沿って狭長な表面を含み、この狭長表面は第１構造体から離して配置されて第１構造体の少なくとも一部にオーバーラップしており、該第１および第２構造体は金属押出材の長さに沿って連結されている。
【０００５】
様々な態様において、或る車両（乗り物）は、第１構造体および第２構造体を含む金属押出材を包含することができ、この金属押出材は或る長さを有し、第１構造体は、金属押出材の長さに沿って狭長なキャビティを含み、第２構造体は、金属押出材の長さに沿って狭長な表面を含み、この狭長表面は第１構造体から離して配置されて第１構造体の少なくとも一部にオーバーラップしており、該第１および第２構造体は金属押出材の長さに沿って連結されており、車両のＡ表面はこの狭長表面の少なくとも一部を含む。
【０００６】
様々な態様において、或る構造体を製作する方法は、金属押出材を受容するステップであって、この金属押出材は第１構造体および第２構造体を含み、該金属押出材は或る長さを有し、第１構造体は、金属押出材の長さに沿って狭長なキャビティを含み、第２構造体は、金属押出材の長さに沿って狭長な表面を含み、この狭長表面は第１構造体から離して配置されて第１構造体の少なくとも一部にオーバーラップしており、該第１および第２構造体は金属押出材の長さに沿って連結される、該受容するステップと、該第１構造体を第１方向に変形するステップと、第２構造体を、第１方向とは異なる第２方向に変形するステップと、を含むことができる。
【０００７】
様々な態様において、金属押出材を変形するための金型は、金属押出材の第１部分を第１方向に変形させる第１金型構成部と、金属押出材の第２部分を第１方向とは異なる第２方向に変形させる第２金型構成部とを含むことができる。
【０００８】
以降に、限定のためでなく、例示のために、様々な態様を、添付の図面において詳細な説明で提示することとする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】金属押出材によって連結されたノードを含む例示的なアーク構造体を示す。
【図２】正確な幾何学的相互適合要求事項を満たす形状を備えた、例示的な金属押出材を示す。
【図３】狭長キャビティおよび狭長表面を備えた、例示的な金属押出材を示す。
【図４】金属押出材に連結されたノードの一例を示す。
【図５】様々な方向に変形可能な切り口面を備えた例示的な金属押出材の断面図を示す。
【図６】様々な鍵識別小面を備えた例示的な切り口面を示す。
【図７】複数のアークおよびノード構造体で構成された例示的な構造体を示す。
【図８】物理的なノードおよびアーク上に実装された例示的なアークおよびノードアセンブリを示す。
【図９】アークおよびノード構造体群に基づいた例示的なアセンブリを示す。
【図１０】例示的な金属押出材、および螺旋状捻曲を有する例示的な金属押出材を示す。
【図１１】例示的な、押出し材変形装置を示す。
【図１２】屈曲および捻曲加工のさらなる例を示す。
【図１３】例示的な狭長表面の変形を示す。
【図１４Ａ】金属押出材のいろいろな部分をいろいろな方向に変形できる例示的な動的金型を示す。
【図１４Ｂ】金属押出材のいろいろな部分をいろいろな方向に変形できる例示的な動的金型を示す。
【図１５】例示的な層状動的金型を示す。
【図１６Ａ】層状動的金型の例示的な層を示す。
【図１６Ｂ】層状動的金型の例示的な層を示す。
【図１６Ｃ】層状動的金型の例示的な層を示す。
【図１６Ｄ】層状動的金型の例示的な層を示す。
【図１６Ｅ】層状動的金型の例示的な層を示す。
【図１６Ｆ】層状動的金型の例示的な層を示す。
【図１７】複数の金型を含む例示的な金型層を示す。
【図１８】金属押出材をいろいろな方向に変形する例示の方法を示すフローチャートである。
【図１９】車両の屋根構造体のための例示的な金属押出材およびノードを示す。
【図２０】パネルに連結された例示的な金属押出材およびノード構造体を示す。
【図２１】ノードおよび金属押出材に基づいた例示的な車両を示す。
【図２２】車両中に使われる金属押出材およびノード構造体の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
添付の図面に関連させて以降で述べる詳細な説明は、本明細書で開示する概念の様々な例示的な実施形態の説明を提供することを意図されたものであり、本開示を実践することが可能な実施形態だけを表す意図はない。本開示で用いられる用語「例示的な」は「例、インスタンス、または例証としての役割をする」ことを意味し、必ずしも、本開示中で提示された他の実施形態よりも好ましいまたは利点があると解釈されるものではない。この詳細な説明は、本概念の範囲を当業者に完全に伝える徹底的で完璧な開示を提供するために、具体的な細部を含む。しかしながら、本開示はこれらの具体的な細部がなくても実践が可能である。いくつかの例において、本開示全体を通して提示される様々な概念を不明瞭にすることを避けるために、周知の構造体および構成部は、ブロック図形式で示され、または全体的に省略されることがある。
【００１１】
本開示は、金属押出材およびノード構造体、ならびにこれら構造体を生成するための方法を提供する。本方法は、設計、最適化、組み立て、製作、および統合化の諸プロセスに関与し得る。これら金属押出材は、例えば、アークに変形させノードに取り付けて、車両（乗り物）の構造体として組み込むことが可能な構造体を形成することができる。これらアークおよびノード構造体は、構造的、形状的、および機能的要求事項を含め、車両（乗り物）の様々な要求事項を満たすように設計することが可能である。ノードは、例えば、積層印刷または３Ｄ印刷されてよい。アークは、構造体中に相互適合し一組の機能を提供するように構成することができる。例えば、アークは、Ａ表面、構造用シートに合致する取り付け面を含む外部および内部面の形状、ならびに耐荷重性などの構造的許容力を含め、割り当てられた要求事項に合致するための様々な形状に形成することが可能である。これらアークおよびノード構造体は、ドアーシル、車体およびロッカーのパネル、ウィンドウシール面、ホイールウエル、座席レール、電気車両に対する電池およびモータ支持部、および配線ハーネスなどを含む、一般的な車両の機能を果たすために用いることができる。本記載の開示の様々な態様は、ノードおよびアークベースの構造構成を備える他の構造体に加えて、本明細書で識別された用途に適用されてよい。当然のことながら、本開示の各種の態様は、個別に、集合的に、または相互に組合わせて実装することが可能である。
【００１２】
図１は、本発明の或る実施形態による、アーク１０５などの金属押出材によって連結された１つ以上のノード１０３、１０７を含む、例示的なアークおよびノード構造体１０１を示す。金属押出材は、アークに形成することができ、平面的なまたは三次元の構造を形成するために、１つ以上のノードと連結するように設けることが可能である。アークとノードとは、車両の他の構成部との結合を可能にする構成を形成するように組立てることができる。これら構成部は、様々な機能、構造、および形状を備えた、車両の構成部とすることが可能である。これらの構成部は、類似のアークおよびノード構造体、ジョイント、配管、車両シャシ、車両フレーム、車体などの構造的構成部であってよい。これらの構成部は、ドアパネル、屋根パネル、床パネル、または車両のエンクロージャを形成する任意の他のパネルなど、複雑な形状を有する車両の構成部であってもよい。これら構成部は、ドアーシル、車体およびロッカーのパネル、ウィンドウのシール面、ホイールウエル、座席レール、電気車両に対する電池およびモータ支持部、ならびに配線ハーネスなど、様々な機能を有する非構造的構成部であってもよい。構造的、形状的、および機能的要求事項を満たすように設計され製作されるアークおよびノード構造体についてのさらなる詳細は、本明細書の後記で説明することとする。
【００１３】
アークおよびノード構造体１０１の成形構成品は、車両など設計対象体中に相互適合可能な外形輪郭を有することができる。例えば、車両は、機能性、空気力学、スタイリング、および製作容易性を含む数多くの要求事項によって外形が決まる、外部および／または内部の形態または形状を有することが可能である。かかる形状要求事項は、アークおよびノード構造体が複雑な形状の車体部品に適合できるように、それらに適用することが可能である。アークおよびノード構造体１０１の構成は、アークおよび各個別ノードの形状および構造、ならびにノードとその対応アーク端部との間の連結構成に基づいて形成することができる。例えば、アーク１０５の線形状は、特定の形状および機能に適応するように、湾曲させ、捻曲させ、または螺旋状に屈曲させることが可能な、所定のアーチ形に合わせてもよい。アークの形状および構造の設計については本明細書の後記で説明する。
【００１４】
アーク１０５は、特定の位置および方位で、１つ以上のノードまたはジョイント１０３、１０７と連結することが可能である。この連結は、ノードおよび対応するアーク端部のそのために構築された連結形状によって誘導され強化されてよい。例えば、ノード１０３は、特定の位置付けおよび方位でアーク１０５の左端部に結合され、同様に、ノード１０７は、左端部の連結と同じであってもなくてもよい位置付けおよび方位でアーク１０５の右端部に結合される。このアークとノードとの間の連結は、剛性、構造的および捩じれ強度を与え、特定の有用な目的を果たすための正確な対象体形状を構成することができる。
【００１５】
様々な実施形態において、連結アーク１０５は、プラスチック、金属、カーボンファイバ材料、または任意の他の入手可能な複合材料で形成することができる。複合材料の例には、高弾性カーボンファイバ合成材、高強度カーボンファイバ合成材、平織カーボンファイバ合成材、重ね繻子織カーボン合成材、低弾性カーボンファイバ合成材、または低強度カーボンファイバ合成材が含まれてよい。いくつかの実施形態において、アークは、プラスチック、ポリマー、金属、または合金など他の材料で形成されてよい。連結アークは剛性材料で形成することが可能である。連結アークは１つ以上の金属および／または非金属材料で形成されてもよい。
【００１６】
連結アークは設計通りに作製されてよい。連結アークのためには、以下に限らないが、押出し、屈曲、捻曲、打抜き、成型、圧延、鍛造、延引、成型、ＣＮＣマシニング、３Ｄ印刷、編組、合成、リソグラフィ、溶接、フライス加工、押出し、成型、鋳造、もしくは任意の他の技法、またはこれらの組合わせを含め、任意の作製技法を用いることが可能である。連結アークは多様な寸法を有してよい。例えば、異なる連結アークは異なる長さを有してよい。
【００１７】
連結アークは、相異なる断面形状を有することができる。例えば、連結アークは、ほぼ円形の形状、矩形の形状、楕円の形状、六角の形状、または不規則な形状を有してよい。連結アークの断面は、Ｃ形チャネル、Ｄ形チャネル、Ｉビーム形、または有角形などの開口断面を含むことができよう。様々な例示的なアークの形状に関する詳細については本明細書の後記で説明する。
【００１８】
連結アーク１０５は、中空管などの狭長キャビティを含んでよい。中空部分は、管の全長に沿って設けることができる。例えば、この連結アークは、内部面および外部面を有してよい。この管の内径は、該連結管の内部面に対応し得る。この管の外径は、この管の外部面に対応し得る。連結アークは２つの端部を有し得る。この２つの端部は互いに相対していてよい。いくつかの実施形態において、連結管およびノードは、３つ、４つ、５つ、６つ、またはそれ以上の端部を有してよい。車両シャシのフレームは、ノードに連結されたカーボンファイバ管を備えることができる。
【００１９】
本開示で提示されるノード１０３、１０７（別名、ジョイント、ジョイント部材、ジョイント、コネクタ、ラグ）は、車両シャシフレームおよび車体中での使用に適切であり得る。このノードは多ポートであってよい。該ノードは、シャシ設計によって決まるアーク角度に相互適合するように設計することが可能である。単一のノードを、アークおよび直線状管の両方に連結することができる。これらノードは、シャシの迅速で低コストの組立てを可能にするため、所望の幾何形態に予備成形されてよい。いくつかの実施形態において、ノードは、３Ｄ印刷技法を用いて予備成形することができる。３Ｄ印刷は、いろいろなフレーム構成に適応可能なように、ノードを多様な幾何形態に成形することを可能にし得る。３Ｄ印刷は、ノードの寸法を含むコンピュータ生成の設計ファイルに基づいてノードを成形することを可能にし得る。
【００２０】
ノードは、金属材料（例えば、アルミニウム、チタン、またはステンレス鋼、真鍮、銅、クロムモリブデン鋼、もしくは鉄）、合成材料（例えばカーボンファイバ）、ポリマー材料（例えば、プラスチック）、またはこれらの材料の何らかの組合せで構成することが可能である。ノードは粉体材料から形成することも可能である。ノードは、１つ以上の金属および／または非金属材料で形成されてもよい。３Ｄプリンタは、ノードを形成するために、粉体材料の少なくとも一部を融解および／または焼結することができる。ノードは、ほぼ剛性の材料で形成することも可能である。
【００２１】
ノードは、該ノードの近辺に加えられた応力を支えることができる。ノードは、圧縮、張力、捩じれ、せん断応力、またはこれらの応力の種類の何らかの組合せを支えることができる。応力の種類、方向、および大きさは静的であり得、構造体中のノードの位置によって決まり得る。あるいは、応力の種類、方向、および大きさは動的であり得、構造体の動力学の関数によって、例えばノードへの応力は、車両の構造体が坂道を登っているか降りているかによって変化し得る。
【００２２】
ノードまたはジョイントは設計通りに作製することができる。以下に限らないが、３Ｄ印刷、編組、合成、リソグラフィ、溶接、フライス加工、押出し、成型、鋳造、もしくは任意の他の技法、またはこれらの組合わせを含め、ノードまたはジョイントに対し各種の作製技法を用いることが可能である。
【００２３】
図２は、いくつかの実施形態による、例えば、幾何学的要求事項を満たすように設計されたアークなど、金属押出材の一例を示す。金属押出材は、車両の部分の形態または形状に適合するように設計することができる。この形態または形状は、機能性、空気力学、スタイリング、および製作容易性を含むいくつかの要求事項により決まり得る。いくつかの実施形態において、アーク部材は、ドア部品およびウィンドウ支持体の形成など、形状要求事項に適合するために、複雑な形状および湾曲を有することができる。いくつかの実施形態では、形状要求事項は、アークが、１つ以上の平面上に湾曲し得る、曲線状、アーチ状、直線状、非直線状および同様のものなど様々な形状に適合するように要求することがある。
【００２４】
いくつかの実施形態において、アークおよびノード構造体を介して、ドア、ウィンドウ、車体のパネルなど、１つ以上の非構造的な構成部を車体フレームに取付けることが可能である。非構造的な構成部は複雑な形状を有してよい。アークおよびノード構造体は、これら構成部と相互適合して形状要求事項を満たしながら、該構成部の構造的支持を提供することの両方を求められ得る。いくつかの実施形態において、アークは、これら構成部の縁部、切子面、接合面、または一切のあり得る接触部分に相互適合するように設計されてよい。
【００２５】
図２は、正確な幾何学的相互適合の要求事項を満たす形状を備えた、アーク２０５などの金属押出材の一例を示す。ウィンドウ構造体の第１図に示されるように、アーク２０５は、ドーム形ガラスウィンドウ２０１の縁に合わせた形状を有するように形成される。ガラスウィンドウ２０１は、長さに沿って変化し得る可変複心曲線を有する。ウィンドウガラス２０１は、車両の外部に対し空気力学的表面を提供するドーム形を形成するように形作られる。ガラスは、アーク２０５によって提供が可能な構造的支持を必要とし得る。この例に示されたアークは、少なくとも長手方向の寸法でガラスウィンドウの形状にほぼ適合する形状を有する。いくつかの実施形態において、アークの縁、表面、幅、長さ、または他のどの幾何学的寸法も、他の構成部の接触部分に相互適合するように設計することが可能である。
【００２６】
いくつかの実施形態において、アークと、ウィンドウのガラスなどの非構造的構成部との間に付加的な要素が含まれてもよい。このウィンドウ構造体の例において、ガラスウィンドウ２０１とアーク２０５との間にハーメチックな接合面を付与するために、エラストマーシール２０３を設けることができる。エラストマーシール２０３は、表面の間の密着性をはじめ、振動および動的力への追従性および衝撃吸収をさらに提供することが可能である。他の例では、アークは、付加的な要素の有無にかかわらず、車体の構成部の部分に直接に接触または密着するように構成されてよい。
【００２７】
いくつかの実施形態において、アークなどの金属押出材は複合形状を有してよい。図２中の同じウィンドウ構造体の下側の図Ｂ中に示されているように、金属押出材は、長さに沿って翼形体などの狭長な表面を有する構造体を含むことができ、この面は、ガラスウィンドウ２０１などの車両の他の構成部と結合することが可能である。このウィンドウ構造体の例において、この翼形体は、シール要素２０３を介してガラスウィンドウ２０１と接合面連結を有することができる。また、金属押出材は、図に示されているようなＤ形状など様々な断面を有することが可能な内部流路を形成する狭長キャビティを含んでよい。アーク部材は、例えば、ガラスウィンドウのドーム形状に合わせるために、長さ方向に沿って捻曲および屈曲することが可能である。
【００２８】
図３は、様々な実施形態による、導管および翼形体を備えたアーク部材の例を示す。アーク部材３１０、３２０は、車両の構造体の中に相互適合するため様々な形状を有してよい。アーク部材の幾何学的形状は、車両の１つ以上の構造的または非構造的構成部と結合するように形成することが可能である。例えば、アーク部材の断面接合面および内部形状は、車両の主フレームの一部であってもなくてもよい１つ以上の部材を、受容するために形成されてよい。アーク部材の外形輪郭は、パネル、ドア、ウィンドウおよび同様のものなどの構成部と結合するように形成されてよい。さらに、アーク部材の１つ以上の形体が、構造的である必要のない追加の機能性を提供することができる。例えば、アーク部材は、電気および／または流体の流通のための導管または内部流路を備えて形成することが可能である。別の例では、アーク部材は、アークおよびノード構造体の一意的な組立構成を設けるための鍵識別形体を備えるように形成することができる。
【００２９】
いくつかの実施形態において、アーク部材は、例えば、狭長キャビティ３１３、３２３などの導管または内部流路を形成することが可能な狭長キャビティを含むことができる。この導管または流路形体は様々な目的に使われてよい。例えば、この導管形体は、電気配線ハーネスを封入し保護する、または流体、燃料、または空気の流路または収納コンパートメントを提供することができる。流体流路の例には、冷却剤、潤滑剤、換気、空調、および／または加熱用のダクトが含まれてよい。この電気配線は、車載のシステムに電力を供給もしくは搬送する、および／または車両のエンジンを始動または駆動するための電池に電力を供給するために用いることができる。アークおよびノード構造体からの電力を用いる車載のシステムには、ナビゲーション、オーディオ、ビデオディスプレイ、電動ウィンドウ、または電動座席調整が含まれてよい。車内の配電は、アークおよびノード構造体を通して送電することが可能である。電源からシステムへの電気回線を必要とし得る電気システムの他の例には、オーディオシステム、室内照明システム、車外照明システム、エンジン点火構成部、車載ナビゲーションシステム、および諸制御システムが含まれてよい。
【００３０】
各管状アークは、その長さに沿って１つ以上の導管または流路を含むことができる。この管状アークは、楕円形状、円形状、Ｄ形状、およびＣ形状などの、閉形状である必然性はない、様々な断面を含む単一の導管を備えてよい。各管状アークは、長さに沿って１つ以上のコンパートメントを包含することによって、複数の導管を備えることが可能である。各管状アークは、個別的にまたは集合的に、電気、流体、空気の流路を備えるように構成することができる。
【００３１】
アークの管状断面は、前述した機能性に加え、構造的支持を提供することが可能である。アークの構造は、それが連結するノードの幾何学的位置を安定させるように設けることができる。また、アークの構造は、アークの長さに沿って強度と幾何学的安定性を加えることによって、物理的強度、および相互補強耐荷重性能力を提供する。この管状アークは、屈曲および捻曲に対する向上された耐性を有し得る。管状アークはアークに加わる応力を支えることが可能である。管状アークは、圧縮、張力、捩じれ、せん断応力、またはこれらの応力の種類の何らかの組合せを支えることができる。応力の種類、方向、および大きさは静的であり得、車両の構造体中のアークの位置によって決まり得る。あるいは、応力の種類、方向、および大きさは動的であり得、車両の運動の関数、例えばアークへの応力は、車両が可変の振動および加速を有することによって変化し得る。
【００３２】
前述したように、管状アークは様々に異なる断面を有してよい。管状アークは、中空の部分を形成する内部面および外部面を有してよい。この中空部分は、管の全長に沿って、またはその長さの一部に沿って設けることができる。管状アークの内径は該連結管状アークの内部面に対応し得る。管状アークの外径は該管状アークの外部面に対応し得る。連結アークは２つの端部を有し得る。これら２つの端部は互いに相対していてよい。別の実施形態において、連結ノードは、３つ、４つ、５つ、６つ、またはそれ以上の端部を有することができる。アークのこれら２つ以上の端部は、同一の幾何学的寸法を有しても有さなくてもよい。いくつかの実施形態において、アークの形状は、相異なる端部を備え、両極に分け非対称とすることができる。
【００３３】
また、図３に示されるように、アーク部材３１０、３２０は、翼形体３１１、３２１など、狭長表面を備えた構造体を含むことが可能である。翼形体３１１、３２１はアーク部材の２つの側に出張った隆起部とすることができ、したがって狭長キャビティ３１３、３２３にオーバーラップしている。この翼形体は、狭長キャビティ３１３、３２３に連結されてよい。
【００３４】
具体的に、狭長キャビティ３１３は、狭長キャビティの壁部中に開口３３３を画定する長手方向縁部３３１を含むことができる。この開口は、狭長キャビティ３１３の長さに沿って延びることが可能である。アーク部材３１０は、該長手方向縁部を翼形体３１１に連結する支持構造体３３５を含むことができる。様々な実施形態において、この支持構造体は、翼形体３１１、狭長キャビティ３１３、またはその両方の屈曲に応じて、該支持構造体の変形がその屈曲からもたらされるアーク部材４１０内の機械的応力を解放するように、変形するように構成することが可能である。
【００３５】
図３に示されるように、翼形体３１１、３２１はプレートを含むことができる。翼形体は、アーク部材の管状体と同じ厚さ有する必要はない。翼形体は、様々な湾曲または幾何形態を有してよい。例えば、翼形体は、アーク部材のほぼ平坦な最上部であってもよい。翼形体はドーム形またはアーチ形の形状を有してもよい。翼形体が平滑な表面を有する必要はない。いくつかの実施形態において、翼形体は、図に示されるような、車両の他の構成部を受けるための段など、追加の形体を備えるように構成することができる。翼形体は対称形である必要はない。例えば、翼形体の左側と右側とは、相異なる幅、厚さ、外形、および／または湾曲を有してよい。別の例において、両側が同じ細部形体（例えば、溝、段、チャネルなど）を有してもよく、またはどちらかの側がその細部形体を有してもよい。様々な実施形態において、翼形体は、車両のＡ表面としての役割をする狭長表面３５０、３５１を含むことができる。
【００３６】
いくつかの実施形態において、翼形体は、他の構成部との接合面の機能を提供することができる。このために、翼形体は、他の構成部の形状に結合するための形状を取ることが可能である。翼形体は、図２のドーム形ガラスウィンドウなど、任意の複雑な形状に適応するため、様々な形状を有することができる。翼形体および形成形体（例えば段）の寸法は、当該構成部の形状に基づいて決めればよい。例えば、段形体の寸法は、該段形体が接合対象構成部の接触面に順応でき滑らかな外部表面が形成されるように、別の構成部への接合面を備えるように設計することができる。別の例では、翼形体の最上面の寸法は、該翼形体が、望ましい滑らかな推移、滑らかな外形輪郭、または切れのよいコーナーを提供することが可能なように、車両の外形形状要求事項を満たすように設計することができる。
【００３７】
アーク部材の翼形体は様々な手段を介して他の構成部に連結されてよい。この連結手段は、当該構成部の材質、形状、結合強度、および／または組立て上の要求事項などに基づいて選択すればよい。諸例において、翼形体は、機械的な締結手段を介して構成部に連結することができる。ネジ、ボルト、ナット、リベット、インタロック、またはクランプなどの締結具が使用されてよい。アークと結合対象構成部との締結は、互いに相対的に締結されることになる結合構造体を可能にし得る。これら１つ以上の締結具は取り外し可能である。該１つ以上の締結具は、結合された構成部の間での相対的な動きを可能にするようにもしないようにもできる。これら締結具は、必要に応じて、１つ以上の構成部のアーク部材からの取り外しを容易にすることができる。例えば、１つ以上の締結具は、アーク部材を外すことによって、１つ以上の構成部（例えば、ウィンドウ、パネル、シル）を取り外し可能にすることができる。
【００３８】
他の例において、アーク部材の翼形体は、接着剤、溶接、または任意の適切な接合技法を用いて、他の構成部に接合することが可能である。接合手段は、接合面における構成部およびアーク部材の材料の種類に基づいて選択すればよい。アーク部材への接合対象の構成部は、合成材料（例えば、カーボンファイバ）、金属材料（例えば、アルミニウム、チタン、もしくはステンレス鋼、真鍮、銅、クロムモリブデン鋼、鉄、他の金属材料、またはこれらから形成された合金）、ポリマー材料（例えば、プラスチック、ゴム）、ガラス、またはこれらの組合せなど、各種の材料の組合せで形成することができる。これら構成部は剛性であっても弾性であってもよい。使用される接着剤／糊着剤は、接合面に形成される物理的または化学的接合をもたらすことができる。接合技法は、所望の結合強度を得られるように選択すればよい。いくつかの実施形態において、付加的な接着剤または糊着剤なしに接着を形成することが可能である。例えば、構成部は、熱、圧力、または触媒など特定の条件下で、アーク部材に接着することが可能であり得る材料で構成することができる。
【００３９】
アークおよびノード構造体を形成するために、１つ以上のアーク部材を、２つ以上のノードに連結するように設けることが可能である。図４は、諸実施形態による、アーク４２０などの金属押出材に連結されたノード４１０の一例を示す。いくつかの実施形態において、ノード４１０は、積層製作されたまたは３Ｄ印刷されたノードであってよい。このノードは、図１に表されたのと同じノード１０３、１０７であってよい。
【００４０】
いくつかの実施形態において、ノード４１０は多ポートであってよい。いくつかの実施形態ではこのノードは単ポートであってよい。このノードは、シャシ設計により決まるアーク角度に適応するように設計できる。単一のノードがいろいろなアークおよび管に連結されてよい。シャシの迅速で低コストの組立てを可能にするために、これらノードは、望まれる幾何形態に予備成形することができる。いくつかの実施形態において、ノードは３Ｄ印刷技法を用いて予備成形することが可能である。３Ｄ印刷は、ノードを、各種のフレーム構成に適合が可能な多様な幾何形態に成形することを可能にし得る。３Ｄ印刷は、ノードを、諸ノードの寸法を含む、コンピュータ生成の設計ファイルに基づいて成形することを可能にし得る。
【００４１】
ノード４１０は、本明細書の他の箇処でも説明したように、様々な種類の応力を支えることができる。ノードは、金属材料（例えば、アルミニウム、チタン、またはステンレス鋼、真鍮、銅、クロムモリブデン鋼、もしくは鉄）、合成材料（例えばカーボンファイバ）、またはポリマー材料（例えば、プラスチック）の単一の一体片から作製が可能である。ノードの材料および構造は、構造的要求事項を満たすように設計することができる。ノードは、センサを内蔵するスマートノードであってよい。ノードは、センタリング形体および内部流路など、様々な形体を有してよい。
【００４２】
いくつかの実施形態において、ノードはアークを受容するように形作ることができ、ノードとアークとが一緒に結合したならば、これらは一体のアセンブリに締結される。例えば、ノードは、１つの受容ポートにアークの或る端部を接着され、別の受容ポートには、別の管またはアークを接着されてよい。ノードは、接着剤供給源から連結点またはノードとアークとの間のスペースに接着剤を配送するための流体路を備えるように構成された、１つ以上の組込みの構造形体を備えることができる。いくつかの事例において、接着剤は、接着剤注入ポートを介した陽圧によってノードとアークとの間のスペース中に押出し、同時にそのスペースに加えられる陰圧源によってスペースの中に引込むことができる。サイクルタイムを低減し、硬化を加速するように、１つ以上の組込み構造形体内での接着剤の流れを促進するためにノードを加熱することができる。
【００４３】
１つ以上のアークをノードに取付けるために接着剤を用いれば、それによって車両の全体的重量を低減することが可能である。しかしながら、破砕または構成部の故障のため、車両の或る特定の部分を交換するが必要ある場合、構造体全体を捨てることなくその特定部分だけを交換すること、またはその特定の部分だけを取外すことは困難となり得る。１つ以上の締結具を使ってノード構成部を相互に取付ける技法を用いれば、必要に応じ車両のシャシを分解することを容易にすることが可能である。例えば、１つ以上の締結具は、これらノード構成部を外すことによって、ノード構成部を相互に対し取外し可能にすることができる。次いで、交換を必要とする車両シャシの部分を、既存の車両シャシ構造体に締結可能な新しい部分と交換することができる。例えば、車両の或る特定の部分を交換する必要がある場合、対応するアークおよびノードは、容易に取外すことが可能であり、新しい交換部品を当初の構造体に締結（例えば、ボルト止め、ネジ止め、リベット止め、クランプ止め、インタロック止め）することができる。これは幅広いフレキシビリティを提供することが可能であり、これら車両シャシの部分は、単一の部分から車両の全セクションにまで及び得る。例えば、車両の一セクションが衝撃で損壊した場合、そのセクション全体を車両シャシから取外し、損傷のない新しいセクションと交換することが可能である。いくつかの例において、車両のかかるセクションは、ウィンドウ構造体、屋根構造体、ドア構造体など、機能構造体のこともあり、もしくはシャシモジュール、シャシサブ構造体、シャシサブアセンブリなど、構造的モジュールのこともあり、または本明細書で説明した車両のいずれかの他の部分のこともある。この新しいセクションは、事前組立され、その後に連結点で車両シャシに取付ければよく、または、既存の車両シャシおよび車体上に１つずつ組付けることもできる。また、かかるフレキシビリティは、車両の容易な改良または部分的改造を可能にもする。例えば、車体（例えば、ウィンドウ、屋根パネルなど）に対する新規の形体があり得る場合、当初のシャシの大部分を残しながら、その新規の形体を車両に設置することができる。
【００４４】
これらノードは、流体および電気の流路を設けることが可能な内部形体を有することができる。ノードのこの内部流路は、ネットワークを形成するため、アークの内部流路と連結することが可能である。いくつかの実施形態において、連結された流路を形成するために、ノードの形状は連結されるアークの幾何学的寸法に相互適合するように設計されてよい。
【００４５】
いくつかの実施形態では、ノード４１０は、アークの翼形体と類似の押出し形体４１１を備えることができる。この押出し形体は、車両の構造体の形状要求事項に適合するように設計されてよい。該押出し形体は、連結されるアークおよび他の構成部に幾何学的に相互適合することが可能である。該押出し形体は、本明細書の後記で説明するように、鍵識別形体の結合部分に一意的な接合面を備えることができる。押出し形体の外面は、アークの翼形体および連結された他の構成部と一緒に滑らかな外面を形成することが可能である。
【００４６】
図４に示された例において、ノード４１０は、アーク４２０と結合するように設計された連結形体４０１を備えて形成される。ノードは、特定の姿勢で結合対象アークと連結するように形作ることができる。この連結形体は、アークをプラグインし受容するよう設けられた結合ソケットであってよい。いくつかの実施形態において、ノードは連結のメス側を形成することが可能であり、結合対象アークはオス側を形成する。この場合、ノードの内面がアーク端部の外面と結合することができる。他の実施形態では、ノードがオス側を形成してもよく、結合対象アークがメス側を形成してもよい。この場合、アーク導管の端部の内面がノードの連結形体の外面と結合することができる。図示のように、ノード４１０は、Ｄ形状のオス型コネクタ４０１を包含する。アーク４２０は、このオス型コネクタの外面に正確に被さり相互適合する、Ｄ形状の内部流路４０３を含む。図中に、結合されたノードおよびアーク４２０が示されている。
【００４７】
いくつかの実施形態において、相結合するノードおよびアークの接合面は１つ以上の接触面および縁部を含むことができる。この結合接合面は、例えば、ノードの連結形体の外面、アーク導管の結合端部の内面、およびアークおよびノードの翼形体が回合する接合面４３１を含み得る。いくつかの実施形態において、接合面４３１は、アークの長手方向軸に対し垂直である必要はない。いくつかの実施形態では、接合面４３１は、ノードの連結形体の端部面に平行である必要はない。いくつかの実施形態において、結合接合面での対応する面および／または縁部は相補的な形状または形体を有することができる。相結合するノードとアークとの接合面には、接着剤または適切な接合技法を適用してよい。相結合するノードとアークとの間の側壁にも、接着剤または適切な接合技法を適用してよい。
【００４８】
いくつかの実施形態において、ノードおよびアークは、ともに単一の方位に結合することができる。例えば、ノードの異方性のＤ形状の連結形体と、アークの対応する導管のＤ形状とは、アークおよびノード構造体の単一した結合方位を確実にすることができる。形成された形状は、アークの軸周りの回転運動に対しノードとアークとを固定する。なお、三角形、矩形、楕円形、偏極形およびそれと同様のものなど、様々な形状によってかかる固定化機能を備えることも可能である。他の実施形態において、アーク軸周りの回転のような、ノードとアークとの間の相対的動きが必要な場合は、ほぼ円形状の連結形体および導管を用いればよい。
【００４９】
いくつかの実施形態において、アークおよびノード構造体は、該構造体の一意的な組立てを設けるための鍵識別形体を備えることができる。例えば、ノード４１０は、相補的な鍵識別形体を有する結合対象アーク４２０と一意的に結合する、鍵識別された結合面を有することが可能である。この一意的結合は、１つだけのアーク端部が、ノードの特定の連結形体に結合することができるように、単一の結合端部に適用されてよい。この一意的結合は、アークがその結合対象ノードとだけ結合できるが、他のノードとは相互適合しないように、ノードおよびアークの単一のセットに適用することが可能である。
【００５０】
この一意性の特徴は、任意の裁量で、或る構造体中にまたはいくつかの構造体に亘って、各個別のノード−アークのジョイント中に設計することができる。各ノード連結形体とその結合アーク端部とは、一意的な対として突き合わされまたは鍵識別される。いくつかの実施形態において、この一意的対比または鍵識別は、ノードおよびアーク構造体の内で、ノードおよびアーク構造体の間で、または一切のサブアセンブリおよびアセンブリの間で、各結合体を一意的にする。
【００５１】
この鍵識別形体は、機械的強要による一致性であってよい。この鍵識別形体は、構造体の組立ておよび製作中のエラーの可能性を排除する有益な効果を有してよい。例えば、構造の構成部（例えば、ノードおよびアーク）がともに相互適合し、うまく合致すれば、これに組立てエラーは包含され得ない。いくつかの事例において、複数の部分および構成部が、類似の形状および構造（例えば、類似のアーク端部、類似のアーク、類似のノードなど）を有するとき、本提供の発明のこの一意的特質は、構造体が、一緒に正確に組み立てられたノードおよびアークで構築されることを可能にする。
【００５２】
この一意的特質または鍵識別特徴は、普遍的な標準を定義し、互換性の分類を提供するために用いることが可能である。これらの分類および標準は、或る製品内で、製品群の或る分類内で、または或る工場内で定義されてよい。例えば、ノードおよび金属押出材構造体は、或る製品に、製品群の或る分類に、或る製品の或るサブアセンブリに、製品群の或る分類にわたる或るサブアセンブリに、または或る工場の全製品に対して一意的な鍵識別形体を有することが可能である。
【００５３】
この一意的な特徴または鍵識別特徴は、製品のモジュール性、および部品の共用性を定義するために用いることもできる。このモジュール性または共用性は、一意的特質のレベルによって定義することが可能である。例えば、車両レベルでは、同じ鍵識別形体を有する部品は互換性があってよい。この一意的特質または鍵識別特質は、偽造を見破るために使われてもよい。例えば、或る認可工場によって作製された部品群は、同じ鍵識別形体を共用することが可能である。この一意的特質または鍵識別特質は、工場での組立てまたは市場での保全交換中に起こるエラーを防止するために使われてもよい。
【００５４】
この鍵識別形体は、ノードと結合相手の金属押出材との間の鍵識別接合面に様々な特徴を含むことができる。これら様々な特徴は、接合面におけるサイズ、形状、断面角度、または任意の他の相補的な対となる特徴を含んでよい。
【００５５】
いくつかの実施形態において、鍵識別形体は、ノードの連結形体と金属押出材の結合端部の導管との一意的相補形状を含むことが可能である。例えば、前述したように、ノード４１０の連結形体４０１と、金属押出材４２０の結合端部の導管４０３との間の幾何学的相互適合は、ノード４１０が他の金属押出材とは相互適合できないように、鍵識別形体を提供する。さらに、金属押出材の結合端部での一意的形状は、金属押出材の単一の端部だけがノードの当該ポート中に相互適合でき、間違った端部の組込みを防止することを確実にすることができる。
【００５６】
鍵識別形体は、ノードと結合相手の金属押出材との接合面に任意の特徴を含んでよい。いくつかの実施形態において、金属押出材の押出し軸に対する結合接合面の角度が、鍵識別形態として設けられてもよい。この結合接合面は、図４中の接合面４３１など、形成された金属押出材の端部切口面と、対応する３Ｄ印刷ノードのポートが回合する平面であってもよい。
【００５７】
図５は、本発明の諸実施形態による、鍵識別形体としての役割をする、様々な方位の端部切口面を備えた金属押出材の例を示す。この金属押出材は所望の長さにトリムすることが可能である。その端部切口面は、様々な角度または方位にトリムされてよい。例えば、シナリオＡに示された金属押出材は、該金属押出材の押出し軸に垂直な端部切口面を有する。シナリオＢに示された金属押出材は、ピッチ軸５０３周りに角度５０１で傾斜する端部切口面を有し得る。シナリオＣに示された金属押出材は、ヨー軸５０７周りに角度５０５で傾斜する端部切口面を有し得る。傾斜軸５０３、５０５および傾斜角度５０１、５０５は、併せて端部切口面の方位を画定する。
【００５８】
端部切口面は、任意の方向にまたは任意の軸の周りに傾斜されてよい。押出し軸に垂直な平面に対する傾斜角度は、−８５°〜＋８５°など、広範囲に変化させることができる。傾斜の方向と角度との組合せは、相補的な鍵識別小面を備えた結合対象ノードポートとだけ合致できる、金属押出材の一意的な鍵識別小面を提供することが可能である。
【００５９】
いくつかの実施形態において、鍵識別小面は単一の小面とすることができる。いくつかの実施形態では、鍵識別小面は２つ以上の小面を含んでよい。図６は、諸実施形態による、様々な鍵識別小面を有する端部切口面の例を示す。
【００６０】
いくつかの実施形態において、金属押出材は、供給材６０１の押出しによって形成することができる。金属押出材の１つ以上の端部は、端部切口面を形成するためにトリムすることが可能である。端部切口面のいろいろな角度およびいろいろな傾斜によって、一意的な鍵識別形体を設けることができる。例えば、金属押出材６２０は、鍵識別小面６２１を設けるような特定の角度および方位でトリムされた端部切口面６２１を有することが可能である。金属押出材６３０は、異なる鍵識別小面６３１を設けるように異なる角度および方位でトリムされた端部切口面６３１を有してよい。金属押出材６４０は、二重の小面を含む鍵識別小面を設けるように、二重の小面を含む端部切口面６４１を有することが可能である。いくつかの実施形態において、鍵識別小面６４１は、金属押出材６２０と金属押出材６３０とに適用されるトリミング加工の組合せによって形成することが可能である。得られたＶ形状のとがった先端は、二重結合小面の稜線を表す。この二重小面は、第１切削６２１とその後の第２切削６３１とによって形成することができる。１つ、２つ、３つ、４つ、５つなどの小面など、任意の数の小面を生成するために、任意の回数の切削を行うことが可能である。切削の方向は任意の方位であってよい。それに応じて、切削小面は、傾斜され、傾転され、任意の方向の軸周りに回転されてよい。図６に示された例は、紙面に垂直方向の２回の切削によって形成された二重小面６４１を示す。なお、これらの切削は、紙面に垂直である必要はない。
【００６１】
鍵識別小面は、１回以上の切削加工によって形成されてよい。１回以上の切削加工により１つ以上の切削小面を生成することができる。複数の切削小面は、図６中に形成された二重小面のように、同じ方向に沿った切削加工によって形成することが可能である。複数の切削小面は、例えば錐形状表面など、相異なる方向に沿った切削加工によって形成することもできる。この金属押出材の切削を行うために、任意の適切なマシニング工作機が用いられてよい。ノードの相補的な鍵識別小面は、３Ｄ印刷または積層製作によって形成することができる。
【００６２】
いくつかの実施形態において、結合小面の、小面の傾斜または数は、ノードと金属押出材との連結の接合強度に影響する可能性がある。傾斜した結合面または複数小面の表面は、結合された金属押出材とノードとの間に増大された接触接合面を提供することができる。いくつかの実施形態では、増大された接触面はより大きな接合強度を提供することが可能である。例えば、ノードと金属押出材との間の接触面積は、傾斜角度に応じて増加してよく、これにより、面の接着およびジョイント強度を向上することが可能である。同様に、結合面の二重または多重小面は接触面を増加させることができ、これにより金属押出材の連結端部とノードとの接合強度を向上させる。したがって、本発明は、ノードと、結合された金属押出材との結合面を変化させることによって接着強度を調整する方法をも提供する。
【００６３】
金属押出材およびノード構造体は、より高レベルの構造体を形成するために他の構造体とともに一体化することができる。諸例において、このより高レベルの構造体は、車両の構造体またはサブ構造体であってよい。金属押出材およびノード構造体により構築されたより高レベルの構造体は、この金属押出材およびノード構造体のフレキシビリティおよび多様な特質から利益を得ることができる。金属押出材およびノードベースの構造体は、従来型の構造体では満たすことが困難な形状および構造上の要求事項を満たすことを可能にし得る。
【００６４】
図７は、複数の金属押出材およびノード構造体で構築された構造体７００の一例を示す。この構造体７００は、説明目的のための抽象的グラフ構造体であってよい。この構造体７００は、相互に連結された複数のノードおよび金属押出材構造体を包含する。各金属押出材７０５は、２つ以上のノード７０３と連結することができる。いくつかの事例において、１つのノードが２つ以上の金属押出材と連結することが可能である。例えば、ノード７０３は、３つの金属押出材に連結されている。金属押出材の幾何形態およびノードの配置が、併せて構造体７００の全体的形状を形成している。金属押出材およびノードベースの構造体７００は、様々なトポロジを有することができる。この構造体７００は、円形の構造体として表されているが、但し、金属押出材の幾何形態、ノードの配置、および／または基礎的ノードおよび金属押出材構造体の構成を変えることによって、この構造体の種々のトポロジを得ることが可能である。
【００６５】
金属押出材およびノードベースの構造体７００は構造的に安定である。いくつかの実施形態において、基礎的なアークおよびノードアセンブリの安定した構造体は、より高レベルの安定した構造体を確実にする。図８は、本発明の諸実施形態による、物理的ノードおよびアーク８３０上に実装された基礎的なアークおよびノードアセンブリ８１０の一例を示す。このアークおよびノードアセンブリは、構造体７００中で用いられる構築ブロックであってよい。金属押出材およびノードアセンブリは、図１で説明したアークおよびノード構造体と同じであってよい。この例では、アークおよびノードアセンブリ８１０は、３つのノード８１１、８１５、８１９および３つのアーク８１３、８１７、８２１を備える。アークおよびノードアセンブリ８１０は、三角形状を形成している。いくつかの実施形態において、アークおよびノードアセンブリの構造体は、三角形の頂点を画定する３つのノードを備える平面状または二次元状であってよい。この場合、全てのノードおよびアークが同一平面中に構成を形成する。上記に換えて、このアークおよびノードアセンブリの構造体は三次元であってもよい。この場合、アークは、３つのノードによって画定された平面から外に屈曲するなど、該平面と同一平面上にない形状を有し得る。
【００６６】
アークおよびノード構造体は、図８に示されるように、複数の物理的部品８３０によって具現化される。３つのノード８１１、８１５、８１９は、３つの積層作製されたまたは３Ｄ印刷されたノード８３１、８３５、８３９に対応し得る。３つのアーク８１３、８１７、８２１は、３つの組立式成形アーク８３３、８３７、８４１に対応し得る。これら３つのノードは３つのアークに連結されて、構造体８１０に対応する三角形構造体８３０を形成する。これらアークは相互に異なっていてもいなくてもよい。これらアークは相異なる長さ、湾曲、形状、幅、またはなんらかの幾何学的特性を有してもよい。いくつかの実施形態において、これらアークは一意的鍵識別形体を有することができ、各アークは一意的な構成および位置で組立てることができる。これらアークは同じ材料で作製されていてもいなくてもよい。これらノードは、相互に異なっていてもいなくてもよい。ノードは、ポート数、サイズ、形状、材料、およびなんらかの構造的特性について相異なっていてもよい。ノードおよびアークは、これらのノードおよびアークが構造体内で互換できないように、鍵識別形体を有することができる。いくつかの実施形態において、アークおよびノードは、各アークが所定の方位に所定の結合対象ノードを有することができるように、一意的構成に組立てることが可能である。例えば、アーク８３３は、該アークが、その右端部にはノード８３５、その左端部にはノード８３１だけを連結することができるように、鍵識別形体を有してよい。別の例では、アーク８３３は、該アークの両方の端部がノード８３１、８３５中に相互適合できるように、その両端部の切換えを可能にする鍵識別形体を有することが可能である。あるいは、鍵識別形体が、１つ以上のアークおよび／またはノードの互換を可能にすることもできる。例えば、アーク８４１とアーク８３９とを、これらが位置を交換できるよう、互換性にすることも可能である。前述したように、ノードは多ポートであってよい。ノードは、図示されていない追加のアークを受容するように設計、製作することが可能である。ノードのこれら追加のポートは、アークおよびノード構造体８３０が、車両空間のフレーム中のビームまたは配管など、他のフレーム構造体と一体化され組込まれることを可能にし得る。前述したように、アークおよびノードは、機械のブラケット、燃料タンク、電子装置、ガラスパネル、シル、ドア、および様々な他の車両構成部など、他の構造的または非構造的構成部と結合または連結するための形体を備えてよい。
【００６７】
いくつかの実施形態において、アークおよびノード構造体によって構築されたサブアセンブリを設けることができる。このサブアセンブリは三次元構造体であってよい。該サブアセンブリは構造的に信頼可能で安定であることが可能である。アークおよびノード構造体の全ての特質および特性をこのサブアセンブリに適用することが可能である。
【００６８】
このサブアセンブリは、特定の構造的故障に耐性を有し得る。図９は、諸実施形態による、アークおよびノード構造体に基づく例示的なサブアセンブリを示す。このアークおよびノードベースのサブアセンブリは、任意の数のノードおよび任意の数のアークを備えてよい。このサブアセンブリは、任意のトポロジおよび構成を有することができる。例えば、図９のシナリオＡに示されるように、サブアセンブリ９１０は、６つのアークに連結された４つのノードを備える。この例において、サブアセンブリは、図８中に表されたアークおよびノード構造体に基づいて形成することが可能である。アーク９１６、９１８、９２０およびノード９１１、９１３、９１５によって構成される三角形構造体は、図８中のアークおよびノード構造体８１０に対応してよい。第４ノード９１７は、３つのノード９１１、９１３、９１５によって画定される平面の外に配置することができる。これら４つのノードは、６つのアークとともに三次元の錐体トポロジを形成する。
【００６９】
いくつかの実施形態において、この三次元構造体９１０は、基礎的なアークおよびノード構造体に機械的冗長性を付加する。例えば、いずれか１つのノードまたはアークが弱体化または損傷した場合、残りの３つのノードが、のこりのアークとともになお連結されており、構造的なおよび様々な機能性を提供する。例えば、ノード９１１が弱体化した場合、残りのノード９１７、９１３、９１５およびアーク９１４、９１６、９２２はまだ連結されており、したがって、正常なノードおよびアーク構造体として機能する。
【００７０】
いくつかの実施形態において、このような冗長性を増大することによって構造体のロバストネスを向上することができる。２つ以上のアークを使って、２つのノードを連結することが可能である。例えば、アーク９１２に加え、２つ以上のアークを使ってノード９１１と９１７とを連結してもよい。このようにして、ノード９１１と９１７との間の連結アークの任意の１つ以上が損傷した場合にあっても、この構造体はなお連結されており信頼可能であり得る。
【００７１】
この三次元サブアセンブリは、図９のシナリオＢに示されるように、組立式成形アークおよび積層製作のノードによって具現化される。図示のように、各ノードは、アークと連結するための少なくとも３つのポートを備える。ノード９３１、９３７、９３３、９３５は、それぞれ、ノード９１１、９１７、９１３、９１５に対応し得る。アーク９３２、９３４、９４２、９３６、９３８、９４０は、それぞれ、アーク９１２、９１４、９２２、９１６、９１８、９２０に対応し得る。これらアークは、相互に異なっていてもいなくてもよい。サブアセンブリ９３０内のアークは、相異なる長さ、湾曲、形状、幅、またはなんらかの幾何学的特性を有してもよい。いくつかの実施形態において、アークは、各アークが一意的な構成および位置に一緒に組合せることができるように、一意的な鍵識別形体を有することが可能である。これらアークは同じ材料で製作されていてもいなくてもよい。ノードは、相互に異なっていてもいなくてもよい。ノードは、ポート数、サイズ、形状、材料、およびなんらかの構造的特性について相異なっていてもよい。ノードおよびアークは、これらのノードおよびアークがサブアセンブリ内で互換できないように、鍵識別形体を有することができる。いくつかの実施形態において、アークおよびノードは、各アークが所定の方位に、所定の結合対象ノードを有することができるように、一意的構成に組立てることが可能である。例えば、アーク９３２は、該アークが、その右端部にはノード９３７、その左端部にはノード９３５だけを連結することができるように鍵識別形体を有することが可能である。別の例では、アーク９３２は、該アークが、その両方の端部がノード９３５、９３７の中に相互適合できるように、端部を切換えることを可能にする鍵識別形体を有することが可能である。あるいは、鍵識別形体が、１つ以上のアークおよび／またはノードの互換性を可能にすることもできる。例えば、アーク９３４とアーク９４２とを、これらが位置を交換できるよう、互換性にすることも可能である。前述したように、ノードは多ポートであってよい。ノードは、図示されていない追加のアークを受容するように設計、製作することが可能である。ノードのこれら追加のポートは、アークおよびノード構造体９３０が、車両空間のフレーム中のビームまたは配管など、他のフレーム構造体と一体化されまたはともに組立てられることを可能にし得る。前述したように、アークおよびノードは、機械のブラケット、燃料タンク、電子装置、ガラスパネル、シル、ドア、および様々な他の車両構成部など、他の構造的または非構造的構成部と結合または連結するための形体を備えてよい。このサブアセンブリは、それが連結される構成部の形状に適合することはもとより、様々な構成部に対し構造的支持を提供するように設計することができる。
【００７２】
いくつかの実施形態において、各個別のノード、アーク、ならびにアークおよびノード構造体の設計は、設計者および／またはユーザの車両に対する設計／性能上の必要性に基づいて、設計者および／またはユーザによって決定／定義することができる。機能性、空気力学、スタイリングおよび製作容易性など、様々なファクタが検討されてよい。いくつかの実施形態では、個別のアーク部材は、例えば、製作中用いられる個々の段階、個々のステップ、工具／設備／機械の種類など、製作工程を考慮に入れて設計することが可能である。これに換えてまたは組合わせて、様々な組立て上の配慮に基づいて、個別のアーク部材が設計されてもよい。例えば、特定のシャシモジュール、アセンブリ部位での機能構造体を形成するために、特定のノード、コネクタ、および／またはパネルが一緒に組立てられてよい。
【００７３】
アーク部材は作製または形成しておくことが可能である。コネクタに対し、以下に限らないが、押出し、屈曲、切削、打抜き、圧延、鍛造、延引、成型、ＣＮＣマシニング、３Ｄ印刷、編組、合成、リソグラフィ、溶接、フライス加工、押出し、成型、鋳造、もしくは任意の他の技法、またはこれらの組合わせを含め、任意の作製技法が用いられてよい。いくつかの実施形態において、アーク部材のための製作プロセスは、押出し、屈曲、捻曲、切削などを含んでよい。
【００７４】
いくつかの実施形態では、アークは、供給材の元の切片で形成し、設計された構造に形作ることができる。いくつかの事例において、元の供給材は、角柱で直線状アークに成形し、次いで、本明細書の他の箇処でも説明したように、様々な形状要求事項を満たすように屈曲および／または捻曲することが可能である。いくつかの実施形態において、角柱または直線状のアークは、線形押出し加工によって作製することが可能であり、様々な屈曲および捻曲は、管およびパイプの屈曲加工などの変形加工によって行うことができる。
【００７５】
図１０は、諸実施形態による、例示的な、線形押出しアーク１００１および螺旋状の捻曲を有する金属押出材１０１１を示す。アーク１００１は角柱線形押出し加工で成形することができる。いくつかの実施形態では、角柱直線状アーク１００１は一定の断面を有することができる。角柱直線状アークの形状は押出し加工中に形成することができる。角柱直線状アーク１００１は、所望の形状に形成するためさらに屈曲および／または捻曲することができる。
【００７６】
押出し製作は当業者には周知であり得る。この押出しは、熱間押出し、温間押出し、または冷間押出しなど、任意の適切な温度で行うことが可能である。供給材の材料は、この加工中に加熱されてもされなくてもよい。所望の断面を備えたアークを形成するように押出し金型の形状を設計することが可能である。
【００７７】
供給材の材料は、以下に限らないが、プラスチック、ポリマー、金属、合成材、または合金を含み得る。アークは、カーボンファイバ材料、または任意の他の入手可能な合成材料で形成することが可能である。合成材料の例には、高弾性カーボンファイバ合成材、高強度カーボンファイバ合成材、平織カーボンファイバ合成材、重ね繻子織カーボン合成材、低弾性カーボンファイバ合成材、または低強度カーボンファイバ合成材が含まれてよい。アークは、アルミニウム、真鍮、銅、鉛および錫、マグネシウム、亜鉛、鋼鉄、チタンなどの金属または合金で形成することができる。
【００７８】
線形押出し後のアーク１００１は複雑な断面を有することが可能である。例えば、直線状アーク１００１は、翼形体を備える平坦な上面、および円形のパイプラインチャネルを備えることができる。線形押出し後に形成される直線状アークは、様々な形状の翼形体を備えることが可能である。この翼形体は平坦であってもなくてもよい。この翼形体は、段、溝、ダクト、スロットなどの細部形体を備えて形成することが可能である。線形押出し後に形成されるチャネルは、直線状に通る中空形状を有するようにトリムされてもされなくてもよい。この中空部分は、アークの全長に、またはその長さの一部に沿って設けることが可能である。線形押出し後の形成された角柱直線状アークの断面は、その後の変形加工中に変更することはできない。
【００７９】
いくつかの実施形態において、角柱直線状アークの屈曲および捻曲を生成するために変形作業を行うことができる。金属押出材は、所望の形状に形成するため、単一または複数の屈曲および／または捻曲を備えることができる。図１０に示されるように、角柱直線状アークは、その長さに沿って螺旋状の捻曲１０１１を有することが可能である。この螺旋捻曲は、パイプおよび管の捻曲製作プロセスによって形成することができる。螺旋状捻曲加工の後、アークの断面には変化がなくアークの長さに沿って一定の面積のままに留まり得るが、但し、その方位角は変化され得る。例えば、アーク１００１は、螺旋捻曲形状１０１１を有するように時計回り方向に捻曲されてよい。この捻曲は、任意の方向への任意の捻曲率であってよい。例えば、この捻曲は反時計回り方向へのいろいろな捻曲率／角であってもよい。いくつかの事例において、螺旋捻曲率は長さに沿って一定の率の変化を有する。他の事例では、螺旋捻曲率は長さに沿って変化可能である。
【００８０】
成形された角柱直線状アークは、形状および構造上の要求事項を満たすために、さらに変形することができる。いくつかの実施形態において、この変形は、角柱直線状アークを任意の方位に任意の角度で屈曲および／または捻曲することを含み得る。屈曲および捻曲の様々な組合せによって、アークを設計形状に形成することを可能にし得る。また、屈曲および捻曲の様々な組合せで、本明細書の他の箇処で説明したような鍵識別形体を生じさせることも可能である。いくつかの実施形態では、アーク形成加工の中に、管およびパイプ屈曲などの製作プロセスを含めることができる。
【００８１】
図１１は、諸実施形態による、例示的なアーク形成装置１１００を示す。いくつかの実施形態において、このアーク形成装置は管およびパイプ屈曲機を含んでよい。角柱直線状アークは、加工対象物を所望の形に形作るため、多様な、単一または複数の屈曲および／または捻曲を生成するように屈曲機を使って変形することができる。この屈曲加工は、プレス屈曲、回転引き曲げ、自由形状屈曲、３本ロール押し曲げなどであってよい。この変形加工は、熱誘起を含んでも含まなくてもよい。この製作プロセスは、当業者に周知の標準的な自動機械加工であってよい。
【００８２】
いくつかの実施形態において、様々な断面を備えた角柱直線状アークを屈曲および捻曲することができる。前述したように、断面は、押出し加工によって形成された複雑な形状であってよい。図１１に示された例において、加工対象物１１０３は、ベース金型１１０７および屈曲金型１１０９通って進行するように導くことができる。加工対象物１１０３は、押出し成形された角柱直線状アークであってよい。この加工対象物は直線状素材であってよい。この加工対象物は、様々な断面形状を備えた中空管であってもよい。加工対象物１１０３は、任意の適切な駆動メカニズム１１０１によって、ベース金型および屈曲金型を通って移動させることができる。駆動メカニズムは、例えば、加工対象物を金型に向けて押し出す機械的力であっても、またはこのプロセスを通して加工対象物を引っ張る駆動力であってもよい。
【００８３】
いくつかの実施形態において、直線状アークの押出し形状に相互適合させるために、金型およびマンドレル１１０５の設計など、工具のカスタム化が必要となり得る。金型およびマンドレルの形状および幾何形態は、押出しアークの形状、サイズ、および幾何形態に合致するように設計することが可能である。例えば、Ｄ形状の導管を備える金属押出材は、合致するＤ形状のマンドレルを必要とし得る。マンドレル１１０５は、加工中のアークのしわ疵および破損を低減するよう、アークが屈曲されている間追加の支えを供するために、アークの中に挿入することができる。マンドレルは、アークの導管、またはアークの中空部分に挿入することが可能である。マンドレルの形状は、アークの中空部分の中に相互適合することが可能なように設計することができる。マンドレルは、単一体でも複数体でもよい。
【００８４】
加工対象物１１０１は、複数の方向および角度に屈曲および捻曲することができる。例えば、単一の屈曲によって、アークに１〜９０度の範囲のエルボ形状を形成させることが可能である。この屈曲および捻曲は、成形されたアークが二次元形状、または三次元形状を有することができるように、二次元の屈曲および三次元の屈曲を含んでよい。いくつかの実施形態において、加工対象物の屈曲角度、方位、または方向を変えるために、屈曲ヘッド１１１１を使うことができる。屈曲ヘッド１１１１は、加工対象物の押出し軸に対して様々な方位付けを有することが可能である。屈曲ヘッドの方位付けが、加工対象物が屈曲ヘッドを通って移動するときに屈曲方向に誘導する。例えば、加工対象物が屈曲ヘッドを通って進むにつれ、それを時計回り方向または半時計回り方向に屈曲および捻曲し、上下、左右に、またはこれらの方向の任意の組合せに変向することができる。屈曲ヘッド１１１１は、任意の所望の屈曲または捻曲が形成できるように、加工対象物が移動している間に方位を変更するように作動することが可能である。屈曲ヘッド１１１１の方位付けは、マニュアルでまたは自動的に調節することができる。屈曲ヘッド１１１１は、加工対象物を所望の形状に変えるために、任意の方向に任意の角度で回転し移動するようにプログラムすることが可能である。いくつかの実施形態において、この方位および変更の程度によって、屈曲および捻曲の方向および角度を決めることができる。いくつかの実施形態では、アークは、１つの屈曲ヘッドを通すことによって形成が可能である。あるいは、アークは、複数の屈曲ヘッドを通すことによって形成されてもよい。
【００８５】
図１２は、諸実施形態による、屈曲および捻曲加工についてのさらなる例を示す。成形アーク１２００は、単一の屈曲１２０３を備えて形成される。いくつかの実施形態では、アークは複数の屈曲を備えてよい。いくつかの実施形態において、加工対象物１２０１の寸法は、正確に制御することが可能である。例えば、屈曲の位置、屈曲の程度、および屈曲の方位を正確に制御することができる。いくつかの実施形態では、屈曲および捻曲は、アークの長さに沿って繰り返すことが可能である。屈曲と捻曲とを重畳して行うことができる。いくつかの実施形態において、屈曲と捻曲とは単一の加工を通して行われてもよい。いくつかの実施形態では、屈曲と捻曲とは同時に行うことが可能である。これに換えて、屈曲と捻曲とを順次に行うこともできる。
【００８６】
いくつかの実施形態において、屈曲および捻曲加工においてマンドレルが使用されてよい。マンドレルは、加工対象物のしわ疵および破損を低減するために、加工対称物が屈曲加工を通って駆動されている間、それに対する支えを提供するために使われてよい。マンドレルは、アークの導管、またはアークの中空部分の中に挿入してよい。マンドレル１２０７は、屈曲加工１２１０の前に、押出し成形されたアーク１２０５の中に挿入することが可能である。マンドレルは、アークの中に一時的に挿入され加工の後に除去されてよい。
【００８７】
マンドレルの形状は、アークの中空部分の中に相互適合が可能なように設計することができる。マンドレルは、単一体でも複数体でもよい。マンドレルの半径の幾何形態は、押出しアークのチャネルの中に相互適合できるように設計することが可能である。いくつかの実施形態では、マンドレルは、追加の支えを提供するために、翼形体とチャネルの外部面との間の中空部分の中に相互適合するように設計することも可能である。
【００８８】
マンドレル１２１１は屈曲加工１２２０の間アークを誘導するために用いることができる。いくつかの実施形態において、マンドレル１２１１は、屈曲変更部に追加の支えおよび誘導を提供するため、先端部形体１２１３を備えてよい。先端部形体１２１３は、屈曲ゾーンの湾曲に適合することによって、変更ゾーン中の加工対象物の断面が変化しないままに留まることを確実にすることができる。マンドレルの使用によって、応力による、アーク壁の崩壊、折れ目、およびしわ寄せ楕円化、ならびに他の欠陥の防止が可能である。
【００８９】
いくつかの実施形態では、アーク部材は翼形体を備えることができる。これら翼形体は、押出しおよび屈曲加工によって形成することが可能である。いくつかの実施形態において、図１０で説明した線形押出しならびに図１１で説明した、アーク部材の長さに沿った屈曲および捻曲の後に形成された翼形体は、アーク部材の断面形状を変えるためにさらに変形することができる。図１３は、諸実施形態による、屈曲している翼形体を例示的に示す。
【００９０】
この翼形体は、角柱直線状アークが押出しによって形成された後、屈曲することが可能である。例えば、翼形体１３０１は、所望の形状を形成するために、下方に、上方に、対称に、非対称に屈曲されてよい。この翼形体は、アーク部材の断面形状を変えるために屈曲することができる。変更された断面は、長さに沿って一定とすることが可能である。この断面は、長さに沿って可変であってもよい。例えば、この翼形体は、一方の端部１３０１では或る度合いに屈曲し、他方の端部１３０５では平坦な（変化のない）上面のまま残すことが可能である。翼形体を様々な形状に屈曲するフレキシビリティは、本明細書の他の箇処で説明したような一意的鍵識別形体を提供することができる。例えば、相異なる屈曲形状を有する２つの端部は、組立て中のエラーを防止するため用いられてよい。
【００９１】
図１４Ａ〜図１４Ｂは、金属押出材のいろいろな部分をいろいろな方向に変形できる、例示的な動的金型１４００を示す。動的金型１４００は、第１金型構成部１４０１、第２金型構成部１４０３、第３金型構成部１４０５、第４金型構成部１４０７、第５金型構成部１４０９、および第６金型構成部１４１１を含むことができる。これら金型構成部は、例えば、固体金属構成部（例えば、プレート、ブロック）、ローラ、機械プレスなどとすることが可能である。これら金型構成部は、アクチュエータ（図示せず）に取付け、互いに独立して動くように構成することができる。このようにして、例えば、動的金型１４００のいろいろな金型構成部が、金属押出材のいろいろな部分をいろいろな方向に変形することが可能である。
【００９２】
また、図１４Ａ〜図１４Ｂは、動的金型１４００が金属押出材１４１３を受容可能であることを示している。金属押出材１４１３は、第２構造体１４１７に連結された第１構造体１４１５を含むことができる。図１４Ａは、金属押出材が未処理状態時の該金属押出材１４１３、すなわち動的金型１４００によって変形される前の構造体を示す。この例において、金属押出材は、図３のアーク部材３２０に変形されることになる未処理状態であってよい。したがって、第１構造体１４１５は、狭長キャビティ３２３のような狭長キャビティであり得、第２構造体１４１７は、翼形体３２１のような、狭長表面を備えた構造体であり得る。第２構造体１４１７は、第１部分１４１９および第２部分１４２１を含むことができる。第１および第２部分は、例えば、第２構造体１４１７の翼形体の各別個の翼に対応してよい。
【００９３】
図１４Ａに見られるように、金型構成部の構成は、変形の前の（すなわち、金属押出材が未処理状態のときの）金属押出材１４１３の断面に適合する金型の断面を画定している。
【００９４】
金属押出材１４１３は、金属押出材の様々な部分を変形するため金型構成部が作動する間に動的金型１４００を通って移動することができる（例えば、図１４Ａ〜図１４Ｂにおいて検討したような頁に移動）。図１４Ｂは、動的金型１４００の動きの例を示す。具体的に、第１金型構成部１４０１と第５金型構成部１４０９とは、第１部分１４１９および第２部分１４２１が、第１構造体１４１５に向いて下方に屈曲されるように、相異なって（例えば、一方は時計回りの方向に、他方は反時計回りの方向に）回転することができる。第２金型構成部１４０３および第４金型構成部１４０７は、第２構造体１４１７が屈曲するときに該第２構造体の湾曲に適合するように回転し且つ平行移動することが可能であり、第３金型構成部１４０５も、湾曲に適合するため同様に平行移動することができる。第６金型構成部１４１１の位置は他の金型構成部に対して固定されたままに留まることができる。このようにして、例えば、動的金型１４００は、金属押出材１４１３のいろいろな部分をいろいろな方向に変形し、これにより湾曲した狭長表面１４２３を生成することができる。
【００９５】
図１４Ｂに見ることができるように、これら金型構成部の構成は、変形作業後の金属押出材１４１３の断面に適合する金型の断面を画定する。変形作業前の金型の断面の形状（すなわち、図１４Ａに示されたもの）は変形作業後の金型の断面の形状（すなわち、図１４Ｂに示されたもの）とは異なる。
【００９６】
この例において、動的金型１４００の諸金型構成部は、おおむね同一平面中（すなわち本図の頁の平面）に配置することが可能である。この場合、動的金型１４００は、例えば、金属押出材１４１３をアーク部材３２０のアーク形状に屈曲するために、図１１のベース金型１１０７などのベース金型とともに実装することができる。この点に関し、動的金型１４００は、アーク形成装置１１００中の屈曲金型１１０９として実装されてよい。このようにして、例えば動的金型１４００は、未処理状態の金属押出材をアーク部材３２０に変形することができる。
【００９７】
図１５は、例示的な層状動的金型１５００を示す。層状動的金型１５００は、第１金型層１５０１、第２金型層１５０３、第３金型層１５０５などの相異なる層に、これら金型層が相重なるように配置された金型構成部群を含むことができる。このようにして、例えば、アークを形成するため、図１１のベース金型１１０７などのベース金型の必要なしに図３のアーク部材３２０などの構造体を生成するために、層状動的金型１５００を実装することが可能である。
【００９８】
図１６Ａ〜図１６Ｆは、動的金型１５００などの層状動的金型の例示的な層を示す。図１６Ａ〜図１６Ｆの例において、図１６Ａ〜図１６Ｆの説明図から理解されるように、層状動的金型は、図１４Ａ〜図１４Ｂの動的金型１４００と同じ仕方で未処理状態の金属押出材を変形することができる。
【００９９】
図１６Ａは、第１層１６０１を示し、この層は、動的金型の変形作業中に未処理材が通過する最初の層である。この事例では、第１層１６０１は、層状動的金型１６００の第１金型１６０２に形成された金属の単一プレートを含むことができる。第１金型１６０２は、金属押出材１６０５の下部面１６０３に適合することが可能である。第１金型１６０２は、該第１金型を平行移動方向１６０７および回転方向１６０９に動かすことができるアクチュエータ（図示せず）に連結されるように構成することができる。平行移動方向１６０７および回転方向１６０９の動きは、層状動的金型１５００の他の層の動きから独立したものとすることが可能である。この点に関し、図１５は諸層が相互に当接しているように示されているが、連続する層中のこれら金型は、連続する層の中でこれら金型の独立した回転運動を可能にするために、それらの間に間隔をとって配置されてよい。
【０１００】
図１６Ｂは、第２金型１６１５を支持できるベース１６１３を含む、第２層１６１１を示す。第２金型１６１５は、金属押出材１６０５の第１部分１６１７に適合することが可能である。第２金型１６１５は、金属押出材１６０５の残りの部分のまわりにはオープンスペースを含んでよい。第２金型１６１５は、該第２金型の周囲のまわりに歯１６１９を含むことができる。スクリュー１６２１は歯１６１９と係合ができ、このスクリューは、該スクリューを回転させ、これにより、第１部分１６１７の屈曲変形を遂行するため第２金型１６１５を回転させることが可能な、モータ１６２３に連結することが可能である。
【０１０１】
同様に、図１６Ｃは、第３金型１６２９を支持できるベース１６２７を含む、第３層１６２５を示す。第３金型１６２９は、金属押出材１６０５の第２部分１６３１に適合することが可能である。第３金型１６２９は、金属押出材１６０５の残りの部分のまわりにはオープンスペースを含んでよい。第３金型１６２９は、該第３金型の周囲のまわりに歯１６３３を含むことができる。スクリュー１６３５は歯１６３３と係合ができ、このスクリューは、該スクリューを回転させ、これにより、第２部分１６３１の屈曲変形を遂行するため第３金型１６２９を回転させることが可能な、モータ１６３７に連結することが可能である。
【０１０２】
図１６Ｄは、第４金型１６４１を支持するベース１６４０を含む、第４層１６３９を示す。第４金型１６４１は、該第４金型を、金属押出材１６０５の上面に適合させるため、平行移動方向に上下に動かすことができるアクチュエータ１６４３に連結することが可能である。
【０１０３】
図１６Ｅは、第５金型１６４９を支持するベース１６４７を含む、第５層１６４５を示す。第５金型１６４９は、該第５金型を、金属押出材１６０５の上面の別の部分に適合させるため、平行移動および回転方向に動かすことができるアクチュエータ１６５１に連結することが可能である。
【０１０４】
同様に、図１６Ｆは、第６金型１６５７を支持するベース１６５５を含む、第６層１６５３を示す。第６金型１６５７は、該第６金型を、金属押出材１６０５の上面の別の部分に適合させるため、平行移動および回転方向に動かすことができるアクチュエータ１６５９に連結することが可能である。
【０１０５】
層状動的金型１５００の様々な金型を動かす様々なモータ、アクチュエータなどの動きは、相互に独立して行うことができる。このようにして、例えば、金属押出材１６０５のいろいろな部分を、いろいろな方向に変形することが可能である。
【０１０６】
図１６Ａ〜図１６Ｆの例では、各金型層は単一の金型だけを含む。図１７は、層状動的金型の例示的な層の別の構成を示し、この構成では、単一の層中に複数の金型が含まれている。
【０１０７】
図１７は、複数の金型を含む例示的な金型層１７００を示す。様々な実施形態において、金型層１７００は、図１６Ａ〜図１６Ｆの前の例の中の第２層１６１１および第３層１６２５と置き換えることが可能である。金型層１７００は、左金型１７０３および右金型１７０５を支持するベース１７０１を含むことができ、これら金型の両方とも歯１７０７を含むことが可能である。左スクリュー１７０９および左モータ１７１１は、左金型１７０３を回転させるために該左金型の歯１７０７と係合することができ、右スクリュー１７１３および右モータ１７１５は、右金型１７０５を回転させるために該右金型の歯と係合することができる。この例において、これら金型は前の例における対応する金型よりも小さいので、複数の金型を単一の層中に配置することが可能である。また、左金型１７０３および右金型１７０５の回転中心１７１７は、これら金型のより小さなサイズのゆえに、より容易に調節が可能であることにも留意する。
【０１０８】
図１８は、金属押出材をいろいろな方向に変形する方法の例を示すフローチャートである。金属押出材は、前述した動的金型などの金型の中に受容する（１８０１）ことができる。この金属押出材は、図３、図５、図１０、および図１３の諸例で前述したものと類似であってよい。言い換えれば、この金属押出材は、第１構造体および第２構造体を含むことができ、或る長さを有し得る。第１構造体は、金属押出材の長さに沿って狭長なキャビティを含むことができる。第２構造体は、金属押出材の長さに沿って狭長な表面を含むことができる。この狭長表面は、第１構造体から離して、第１構造体の少なくとも一部にオーバーラップして配置することができ、第１構造体と第２構造体とは、金属押出材の長さに沿って連結することが可能である。
【０１０９】
第１構造体は第１方向に変形する（１８０２）ことができる。例えば、第１構造体をアークに変形するために、図１４Ａ〜図１４Ｂの動的金型１４００などの動的金型と組合せてベース金型を用いることができ、または第１構造体をアークに変形するために層状動的金型１５００を使用することも可能である。第２構造体は、第１方向とは異なる第２方向に変形する（１８０３）ことができる。図１４Ａ〜図１４Ｂにおいて、例えば、第１金型構成部１４０１および第５金型構成部１４０９は、それぞれ、金属押出材１４１３の第１部分１４１９および第２部分１４２１を変形することが可能である。図１６Ａ〜図１６Ｆにおいて、例えば、第２金型１６１５および第３金型１６２９は、それぞれ、金属押出材１６０５の第１部分１６１７および第２部分１６３１を変形することが可能である。
【０１１０】
これらアークおよびノードは、車両シャシなどの車両の構造体中で使用することができる。この車両シャシは、以下に限らないが、高所作業車両、水体通過車両、陸上車両、または任意の他の車両型を含め、任意の種類の車両に用いられてよい。諸車両はアークおよびノードベース構造体を備えてよい。いくつかの実施形態において、アークおよびノードベース構造体は、車体パネルなど、非構造的構成部への支えを提供するために使用することが可能である。車体パネルの型および形状は、空気力学、スタイリング、視界、安全性、および他の様々なものを含む、非構造的なファクタによって決められてよい。本発明は、車両の設計および製作が、相互に矛盾する、またはしない可能性のある複数の要求事項を満たすことを可能にするために提供されてよい。
【０１１１】
これらアークおよびノードベース構造体は、構造的支持、ならびに非構造的な構成部への結合接合部を提供することが可能である。いくつかの実施形態において、これら非構造的構成部は、結合形状を備える支えのアークおよびノードベース構造体を必要とする、形状、外部面、トポロジまたは構成を有し得る。いくつかの実施形態において、このアークおよびノードベース構造体は、車両の外部面上の滑らかな推移など、形状要求事項を満たす任意の望ましい形状を提供することができる。
【０１１２】
これら非構造的構成部は、以下に限らないが、ガラスウィンドウ、ドア、シル、車体パネル、および本明細書の他の箇処で説明したような様々な構成部を含んでよい。図１９は、諸実施形態による、アークおよびノードベースの屋根構造体の例を示す。
【０１１３】
この例において、この屋根構造体は、複数のノード１９０１、１９０３、および複数のアーク１９０５、１９０７、１９０９を備えることができる。このアークおよびノード構造体は、屋根構造体を形成するために、屋根パネル（図示せず）などの非構造的な構成部と接合するよう設けられてよい。これらノード１９１５は、Ｄ形状のチャネル、および対応するアーク１９０７、１９０５と一意的構成で結合するための連結形体１９１１、１９１３を備えることができる。この例に示されたノードは、コーナーに配置されている。本明細書において後で説明するように、ノードとアークとは連結されて、パネルまたはガラスの屋根を受容するためのフレームを形成することができる。ノードおよびアークの外部形状は、車両の他の構成部と結合されるための円滑な面を形成することが可能である。このノードおよびアーク構造体は、本明細書の他の箇処で説明したのと同様なノードおよびアーク構造体であってよい。
【０１１４】
図２０は、諸実施形態による、パネルに連結された金属押出材およびノードの構造体の一例を示す。このノード２００３およびアーク２００７は、図１９のノード１９０３およびアーク１９０９に対応していてよい。連結されたノードおよびアーク構造体は、２つのパネル２００１および２０１１に連結するように構成することが可能である。これらパネルは湾曲した面を有してよい。この屋根構造体の例において、パネルはガラス、シート金属、または他の不透明な材料で作製されてよい。いくつかの実施形態において、パネルと、アークの翼形体２００９、２００５との接触接合面に接着剤を使用することができる。いくつかの実施形態では、パネルと、図４で説明した押出し形体など、ノードの押出し形体との間にも接着剤が使われてよい。接着剤は、アークおよびノード構造体とパネルとの間のどの接触接合面に施されてもよい。本明細書の他の箇処でも説明したように、アークおよびノード構造体をパネルに連結するために任意の結合手段を使用することができる。アーク部材の両側をパネルに連結することが可能である。あるいは、アーク部材のいずれかの側がパネルに連結されてもよい。他の実施形態において、図２０中のアーク２０１３のように、アークは、翼形体を介さずにパネルに支えを提供することが可能である。この場合、アーク２０１３の上面とその上のガラス屋根２０１５との間に接着剤を施してよい。
【０１１５】
この屋根構造体の例では、湾曲パネル２０１５は、アークおよびノードベース構造体の中に組み込まれたガラス屋根であってよい。アークおよびノード構造体２０１９、２０１７、２０１３、２００３、２００７は、図１９で説明した構造体に対応し得る。このアークおよびノード構造体は、ガラス屋根２０１５と一緒に連続する滑らかな表面を形成するように設計し製作することができる。形成された屋根構造体の外部表面は、空気力学およびスタイリング上の利点を提供し得る。形成された屋根構造体の外部表面は、ガラス上面２０１５、アーク２０１７、２００７の翼形体の上面、およびノード２０１９、２００３の押出し形体からの小面によって形成することができる。
【０１１６】
これらアークおよびノード構造体は車両シャシに含めることができる。車両シャシは、車両の様々な構成部、ならびに動的および静的な負荷を支えることができる。いくつかの実施形態において、これら負荷には、例えば、車両プラス乗員および積み荷の重量、でこぼこ路面を走行することによる上下動、捩じれ、捻じれ力、道路状態に起因する横断方向力、側面への風、ハンドル回転操作、エンジンおよび変速機からの推進トルク、発進および加速からの長手方向張力、ブレーキからの圧縮力、衝突による急衝撃などが含まれてよい。車両シャシは、空気力学的効率、騒音および振動の遮蔽、スタイリングおよび外観、視界および安全など、様々な目的のための構成部に支えを提供することができる。本発明は、前述したような様々なファクタへの要求の間での最適なトレードオフを可能にする、金属押出材およびノードベース構造体を提供する。
【０１１７】
図２１は、諸実施形態による、ノードおよびアーク構造体に基づく例示的な車両２１００を示す。シャシおよび車体を形成するため、車両の設計の中に、多数のアークおよびノード構造体を含めて組み入れることができる。この車両のシャシには、ノード（別名、ジョイント）によって連結された連結管およびアークを含めることが可能である。この車両の構造体はフレームであってよい。この車両の構造体は車体であってもよい。これらフレームおよび車体は三次元とすることができる。アークおよびノード構造体は、多様なレベルで車両の構造体に組み込むことが可能である。例えば、アークおよびノードベース構造体は、車両の構造体の中に組み込む前にサブアセンブリとして事前組立てすることができる。いくつかの事例において、１つ以上の車体パネルを車両フレームに連結するために、アークおよびノード構造体が含まれる。
【０１１８】
車両シャシは、車両の骨組みを形成することができる。車両シャシは、車両の車体パネルを装着する構造体を提供することができ、この車体パネルは、ドアパネル、屋根パネル、床パネル、または車両のエンクロージャを形成する任意の他のパネルであってよい。さらに、シャシは、ホイール、駆動トレイン、エンジンブロック、電気構成部、暖房および冷房システム、シート、または収納用スペースに対する構造的支持であってよい。車両は、少なくとも約１人以上、２人以上、３人以上、４人以上、５人以上、６人以上、７人以上、８人以上、１０人以上、２０人以上、または３０人以上の乗客を輸送できる旅客車両であってよい。車両の例には、以下に限らないが、セダン、トラック、バス、バン、ミニバン、ステーションワゴン、ＲＶ、トレーラ、トラクタ、ゴーカート、自動車、列車、またはオートバイ、船舶、宇宙船、または飛行機（例えば、有翼航空機、回転翼航空機、グライダ、空気より軽い輸送体）が含まれてよい。これら車両が、陸上ベースの輸送機、高所作業車両、水上ベースの輸送機、または宇宙ベースの輸送機であってもよい。本明細書中の一切の種類の車両または車両シャシの一切の説明は、任意の他の種類の車両または車両シャシに適用が可能である。この車両シャシは、車両の当該種類の形状ファクタに合致する形状ファクタを提供することができる。車両の種類の如何によって、車両シャシはいろいろな構成を有し得る。該車両シャシはいろいろなレベルの複雑さを有することができる。いくつかの例において、車両に対する外部骨組みを提供することが可能な三次元立体フレームを設けることができる。この外部骨組みは、三次元のエンクロージャを形成するための車体パネルを受容するように構成することができる。随意的に、内部支持体または構成部を設けてもよい。この内部支持体または構成部は、立体フレームの１つ以上のジョイント部材またはアーク部材への連結を介して該立体フレームに連結することができる。いろいろな車両シャシ構成に適合するために、多ポートノード、アーク、および連結管のいろいろなレイアウトを設けることが可能である。いくつかの事例において、単一の一意的シャシ設計を形成するために、ノードのセットを配置することができる。あるいは、複数のシャシ設計を形成するために、このノードのセットの少なくとも一サブセットを用いることが可能である。いくつかの事例では、ノードのセット中のノードの少なくとも一サブセットは、第１シャシ設計中に組み込み、その後、取外して第２シャシ設計を形成するために使用することができる。この第１シャシ設計と第２シャシ設計とは、同じであっても異なっていてもよい。ノードは、二次元または三次元の平面中で、管およびアークを支持することができてよい。多ピンノードに連結された管およびアークは、三次元型に設けることができ、３つの直交軸に広げることが可能である。別の実施形態において、一部のノードは、二次元平面を共有可能な管およびアークを連結することができる。いくつかの事例において、ジョイント部材は、２つ以上の管の各管が相異なる平面に沿った長手方向軸を有する、それら２つ以上の管を連結するように構成することが可能である。これら相異なる平面は、交差する平面であり得る。いくつかの実施形態において、単一のジョイント部材は、別々のポートを使って管およびアークを連結するように構成することができる。
【０１１９】
図２２は、諸実施形態による、車両中で用いられるアークおよびノードベース構造体の例を示す。図２２中の車両は、図２１中の車両に対応してよい。この車両の断面図の左半分がシナリオＡに示されている。ウィンドウガラス２２０１がドアパネル２２０５の上に搭載されている。支えを提供するために、金属押出材２２０３がドアパネル２２０５に連結されている。アーク２２０３は、該アークが車両フレームの一部となることが可能なように、その遠位端で２つのノード（図示せず）と連結することができる。アーク２２０３は、滑らかなコーナーを設けることが可能なように、ドアパネル２２０５の外部表面と結合する湾曲したプロフィールを有する。アーク２２０７は、ドアパネル２２０５と踏み段パネル２２１３との間に設けられる。アーク２２０７は、角度を付けて配置された２つのパネルを連結しながら、外部表面上の滑らかな推移を提供する。アーク２２０７のプロフィールはほぼ凹形であり、一方、踏み段パネル２２０９とロッカーパネル２２１７とを連結するためのアーク２２１１は、ほぼ凸形である。アーク２２１１、２２０７は、踏み段パネル２２０９が立った人の体重を支えられるように、該踏み段パネルに構造的支持を提供する。アーク２２１５は、ロッカーパネル２２１３およびスキッドプレート２２１７に支えを提供するために使われる。同じ構造の斜視図がシナリオＢに提示されている。前述したように、アークをパネルに連結するために、様々な連結手段を用いることができる。これら連結手段は、構成部の材料、形状、要求される結合強度、および／または組立て上の要求事項などに基づいて選択すればよい。いくつかの実施形態において、同一のアーク部材に対し異なった連結手段を用いることができる。例えば、アーク２２１５は、翼形体の片側面など、ロッカーパネル２２１３に締結される対象の結合面を有することが可能である。機械的締結手段の例には、以下に限らないが、ネジ、ボルト、ナット、リベット、インタロック、またはクランプが含まれてよい。また一方、アーク２２１５の翼形体の他の側は、接着剤を使ってスキッドプレート２２１７に連結することが可能である。
【０１２０】
いくつかの実施形態において、車両の或る部分／セクションは、締結技法を使って取付けることが可能であり、一方他の部分は接着剤を使って取付けられる。これに換えてまたは加えて、或るセクション内では、ノードおよびアークは接着剤を使って取り付けることができ、セクション同士の連結には締結技法が使われる。例えば、交換可能セクション（例えば、クランプルゾーン）の中では、ノードとアークとは接着剤を使って一緒に取付けてよく、一方、その交換可能セクションは、交換可能部分が破砕状に破壊されたときにそれを容易に新しい部分と交換することができるように、締結技法を使って車両の他の部分に取付ければよい。或る金属押出材が、一体化されたワンピースのノードに接着取付けされた一端と、別のノードまたはノード構成部に接着取付けされた他端とを有してよく、該金属押出材は、別のノード構成部にボルト止めするセクションを含有することも可能である。１つのノードが、１つの受容ポートで金属押出材に接着取付けされ、別の受容ポートでは別の管に接着取付けされてよく、該ノードが、ともに締結することが可能な複数のノード構成部で形成されていてもいなくてもよい。１つ以上のアークをパネルに取付けるために接着剤を使えば、それにより車両の全体的重量を低減することが可能である。しかしながら、破砕または構成部の故障のため、車両の或る特定部分を交換する必要がある場合、構造体全体を放棄することなく、その特定部分だけを交換するまたはその特定部分だけを取外すことは困難となり得る。１つ以上の締結具を使ってアークがパネルに取付けられる技法を用いることで、必要に応じて車両シャシの分解を容易化することができる。例えば、１つ以上の締結具は、アークを外すことによって、アークを相互に対し取外し可能にすることができる。次いで、交換の必要のある車両の車体の部分を、既存の車両の構造体に締結可能な新しい部分と交換することができる。例えば、車両の或る特定の部分を交換する必要がある場合、対応するアークおよびノードは容易に取外すことが可能であり、新しい交換部品を当初の構造体に締結（例えば、ボルト止め、ネジ止め、リベット止め、クランプ止め、インタロック止め）することができる。これは幅広いフレキシビリティを提供することが可能であり、車両シャシのかかる部分は、単一の部品から車両の全セクションにまで及び得る。例えば、或る車両の一セクションが衝撃で損壊した場合、そのセクション全体を車両シャシから取外し、損傷のない新しいセクションと交換することが可能である。いくつかの例において、車両のかかるセクションは、ウィンドウ構造体、屋根構造体、ドア構造体など、非構造的なもの、もしくは、シャシモジュール、シャシサブ構造体、シャシサブアセンブリなどの構造的モジュール、または、本明細書で述べたような車両の任意の他の部分であってよい。新しいセクションは、事前組立てしておき、連結点で車体に取付ければよく、または、１つずつ既存の車両シャシおよび車体上に組付けてもよい。かかるフレキシビリティは、車両の容易な改良または部分的改造を可能にすることもできる。
【０１２１】
上記の記載は、当業者が、本明細書で説明した様々な態様を実践することができるようにするため提示されている。当業者には、本開示全体を通して提示されたこれらの例示的な実施形態の様々な改変が容易に明らかとなろう。したがって、特許請求の範囲は、本開示全体を通して提示された例示的な実施形態に限定することは意図されてはおらず、請求項文言に合致する全範囲に及ぶものである。当業者が既知のまたは後に知り得た、本開示全体を通して説明した例示的な諸実施形態の要素の全ての構造的および機能的等価物は、本特許請求の範囲に包含されるよう意図されている。さらに、本明細書で開示されたいかなる事項も、かかる開示が特許請求の範囲に明示で記載されているかどうかに関わらず、パブリックに献呈することは意図されていない。どの請求要素も、その要素が文言「のための手段」を用いて明示で記載されているか、または方法請求項の場合、その要素が文言「のためのステップ」を用いて記載されている場合を除き、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２（ｆ）、または適用される司法権下の類似の法の条項の下に解釈されるべきでない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１６Ｆ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【国際調査報告】
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